本文介绍了一款带有温湿度测量功能的血氧心率测量仪，使用DHT11数字温湿度传感器和MAX30100芯片。DHT11传感器能够精确测量环境温湿度，而MAX30100则通过红光和红外光测量血液中的氧含量和脉率。文章详细阐述了工作原理、模块说明、代码展示及数据处理流程。
原理图资料
模块说明
数字温湿度传感 DHT11
►相对湿度和温度测量
►全部校准，数字输出
►卓越的长期稳定性
►无需额外部件
►超长的信号传输距离
►超低能耗
►4 引脚安装
►完全互换
DHT11产品概述
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传
感器。 它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术， 确保产品具有极高
的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测
温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快
响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的
湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内
部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。 单线制串行接口， 使系统集
成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗， 信号传输距离可达20米以上， 使
其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚
封装。 连接方便， 特殊封装形式可根据用户需求而提供。
接口说明
建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻,大于20米时根据实际情况使
用合适的上拉电阻
电源引脚
DHT11的供电电压为 3－5.5V。 传感器上电后， 要等待 1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。 电源引脚（ VDD， GND） 之间可增加一个100nF 的电容， 用以去耦滤波。
串行接口 (单线双向)
DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次
通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数
部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:
一次完整的数据传输为40bit,高位先出。
总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必
须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。 DHT11接收到主机的开始信号后,
等待主机开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束
后,延时等待20-40us后, 读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换
到输入模式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。
MAX30100 的说明
原理简介：
MAX30100 如何测量脉率？ 该设备有两个 LED， 一个发射红光， 另一个发射红外光。 红光和红外光都用来测量血液中的氧含量。 当心脏泵血时， 由于有更多血液， 含氧血液增加。随着心脏放松， 含氧血液的体积也减少。 通过知道氧合血液增加和减少之间的时间， 确定脉搏率。 事实证明， 含氧血吸收更多的红外光并传递更多的红光， 而脱氧血吸收红光并传递更多的红外光。 这就是 MAX30100 的主要功能原理： 它读取两个光源的吸收电平， 并将它们存储在可通过 I2C 读取的缓冲区中。 但是， 它并不像听起来那么简单， 中间会涉及到很多数据过滤以及处理过程。
0.96寸OLED显示屏模块
OLED模块
4针链接OLED iic接口 网盘下载
提取码：869m
测试数据处理图
部分代码展示
void max10300_init()
{
max10300_Bus_Write(0x06, 0x0b); //mode configuration : temp_en[3] MODE[2:0]=010 HR only enabled 011 SP02 enabled
//max10300_Bus_Write(0x06, 0x0a); //MODE[2:0]=010 HR only enabled when used is mode ,the red led is not used.
max10300_Bus_Write(0x01, 0xF0); //open all of interrupt
max10300_Bus_Write(INTERRUPT_REG, 0x00); //all interrupt clear
max10300_Bus_Write(0x09, 0x33); //r_pa=3,ir_pa=3
#ifdef SAMPLE_50
max10300_Bus_Write(0x07, 0x43); //SPO2_SR[4:2]=000 50 per second LED_PW[1:0]=11 16BITS
#else
max10300_Bus_Write(0x07, 0x47); //SPO2_SR[4:2]=001 100 per second LED_PW[1:0]=11 16BITS
#endif
max10300_Bus_Write(0x02, 0x00); //set FIFO write Pointer reg = 0x00 for clear it
max10300_Bus_Write(0x03, 0x00); //set Over Flow Counter reg = 0x00 for clear it
max10300_Bus_Write(0x04, 0x0f); //set FIFO Read Pointer reg = 0x0f for
//waitting write pointer eq read pointer to interrupts INTERRUPT_REG_A_FULL
}
double my_floor(double x)
{
double y=x;
if( (*( ( (int *) &y)+1) & 0x80000000) != 0) //或者if(x<0)
return (float)((int)x)-1;
else
return (float)((int)x);
}
double my_fmod(double x, double y)
{
double temp, ret;
if (y == 0.0)
return 0.0;
temp = my_floor(x/y);
ret = x - temp * y;
if ((x < 0.0) != (y < 0.0))
ret = ret - y;
return ret;
}
#define XPI (3.1415926535897932384626433832795)
#define XENTRY (100)
#define XINCL (XPI/2/XENTRY)
static const double XSinTbl[] = {
0.00000000000000000 , 0.015707317311820675 , 0.031410759078128292 , 0.047106450709642665 , 0.062790519529313374 ,
0.078459095727844944 , 0.094108313318514325 , 0.10973431109104528 , 0.12533323356430426 , 0.14090123193758267 ,
0.15643446504023087 , 0.17192910027940955 , 0.18738131458572463 , 0.20278729535651249 , 0.21814324139654256 ,
0.23344536385590542 , 0.24868988716485479 , 0.26387304996537292 , 0.27899110603922928 , 0.29404032523230400 ,
0.30901699437494740 , 0.32391741819814940 , 0.33873792024529142 , 0.35347484377925714 , 0.36812455268467797 ,
0.38268343236508978 , 0.39714789063478062 , 0.41151435860510882 , 0.42577929156507272 , 0.43993916985591514 ,
0.45399049973954680 , 0.46792981426057340 , 0.48175367410171532 , 0.49545866843240760 , 0.50904141575037132 ,
0.52249856471594880 , 0.53582679497899666 , 0.54902281799813180 , 0.56208337785213058 , 0.57500525204327857 ,
0.58778525229247314 , 0.60042022532588402 , 0.61290705365297649 , 0.62524265633570519 , 0.63742398974868975 ,
0.64944804833018377 , 0.66131186532365183 , 0.67301251350977331 , 0.68454710592868873 , 0.69591279659231442 ,
0.70710678118654757 , 0.71812629776318881 , 0.72896862742141155 , 0.73963109497860968 , 0.75011106963045959 ,
0.76040596560003104 , 0.77051324277578925 , 0.78043040733832969 , 0.79015501237569041 , 0.79968465848709058 ,
0.80901699437494745 , 0.81814971742502351 , 0.82708057427456183 , 0.83580736136827027 , 0.84432792550201508 ,
0.85264016435409218 , 0.86074202700394364 , 0.86863151443819120 , 0.87630668004386369 , 0.88376563008869347 ,
0.89100652418836779 , 0.89802757576061565 , 0.90482705246601958 , 0.91140327663544529 , 0.91775462568398114 ,
0.92387953251128674 , 0.92977648588825146 , 0.93544403082986738 , 0.94088076895422557 , 0.94608535882754530 ,
0.95105651629515353 , 0.95579301479833012 , 0.96029368567694307 , 0.96455741845779808 , 0.96858316112863108 ,
0.97236992039767667 , 0.97591676193874743 , 0.97922281062176575 , 0.98228725072868872 , 0.98510932615477398 ,
0.98768834059513777 , 0.99002365771655754 , 0.99211470131447788 , 0.99396095545517971 , 0.99556196460308000 ,
0.99691733373312796 , 0.99802672842827156 , 0.99888987496197001 , 0.99950656036573160 , 0.99987663248166059 ,
1.00000000000000000 };
double XSin( double x )
{
int s = 0 , n;
double dx , sx , cx;
if( x < 0 )
s = 1 , x = -x;
x = my_fmod( x , 2 * XPI );
if( x > XPI )
s = !s , x -= XPI;
if( x > XPI / 2 )
x = XPI - x;
n = (int)( x / XINCL );
dx = x - n * XINCL;
if( dx > XINCL / 2 )
++n , dx -= XINCL;
sx = XSinTbl[n];
cx = XSinTbl[XENTRY-n];
x = sx + dx*cx - (dx*dx)*sx/2
- (dx*dx*dx)*cx/6
+ (dx*dx*dx*dx)*sx/24
;
return s ? -x : x;
}
double XCos( double x )
{
return XSin( x + XPI/2 );
}
```c
void test_max30100_fun(void)
{
u16 temp_num=0;
u16 fifo_word_buff[15][2];
u16 Heart_Rate=0;
u16 s1_max_index=0;
u16 s2_max_index=0;
delayl_init(); //延时函数初始化
OLED_Init(); //初始化OLED
while(1)
{
temp_num = max10300_Bus_Read(INTERRUPT_REG);
//if( (INTERRUPT_REG_HR_RDY&temp_num) && (INTERRUPT_REG_SPO2_RDY&temp_num) )
if( INTERRUPT_REG_A_FULL&temp_num )
{
max10300_FIFO_Read(0x05,fifo_word_buff,15); //read the hr and spo2 data form fifo in reg=0x05
{
u16 i=0;
for(i=0;i<15;i++)
{
if(g_fft_index < FFT_N)
{
s1[g_fft_index].real = fifo_word_buff[i][0];
s1[g_fft_index].imag= 0;
s2[g_fft_index].real = fifo_word_buff[i][1];
s2[g_fft_index].imag= 0;
g_fft_index++;
}
}
if(g_fft_index>=FFT_N)
{
{ //printf() fft data
u16 index=0;
for(index=0;index<40;index++)
{
//printf("s1[%3d]= %f\r\n",index,s1[index].real);
//printf("s2[%3d]= %f\r\n",index,s2[index].real);
}
}
FFT(s1);
FFT(s2);
for(i=0;i<FFT_N;i++)
{
s1[i].real=sqrtf(s1[i].real*s1[i].real+s1[i].imag*s1[i].imag);
s2[i].real=sqrtf(s2[i].real*s2[i].real+s2[i].imag*s2[i].imag);
}
{ //printf() fft data
u16 index=START_INDEX;
for( ;index<60;index++)
{
#ifdef SAMPLE_50
printf("f=%3.3f HZ,s1[%3d] = %f \r\n",50.0/FFT_N*index,index,s1[index].real);
printf("f=%3.3f HZ,s2[%3d] = %f \r\n",50.0/FFT_N*index,index,s2[index].real);
#else
printf("f=%3.3f HZ,s1[%3d] = %f \r\n",100.0/FFT_N*index,index,s1[index].real);
printf("f=%3.3f HZ,s2[%3d] = %f \r\n",100.0/FFT_N*index,index,s2[index].real);
#endif
}
}
s1_max_index = find_max_num_index(s1, 60);
s2_max_index = find_max_num_index(s2, 60);
if(s1_max_index == s2_max_index)
{
#ifdef SAMPLE_50
Heart_Rate = 60*50*((s1_max_index+s2_max_index )/2)/FFT_N;
#else
Heart_Rate = 60*100*((s1_max_index+s2_max_index )/2)/FFT_N;
#endif
printf("\r\n心率为: %d\r\n",Heart_Rate+52);
sp02_treated_fun(s1_max_index);
OLED_ShowString(0,0, "SpO2:",16);
OLED_ShowString(0,30,"Heart_Rate:",12);
OLED_ShowNum(70,30,Heart_Rate+52,4,16);
OLED_Refresh();//更新显示到OLED
}
else
{
printf("\r\n 测量失败， 请压好重新测量!\r\n");
OLED_ShowString(0,0, "SpO2:",16);
OLED_ShowString(0,30,"Heart_Rate:",12);
OLED_ShowString(70,30,"ERROR",16);
OLED_Refresh();//更新显示到OLED
}
g_fft_index = 0;
}
}
/* ic 自动管理FIFO指针 不用参与
max10300_Bus_Write(0x02, 0x00); //set FIFO write Pointer reg = 0x00 for clear it
max10300_Bus_Write(0x03, 0x00); //set Over Flow Counter reg = 0x00 for clear it
max10300_Bus_Write(0x04, 0x0f); //set FIFO Read Pointer reg = 0x0F
max10300_Bus_Write(INTERRUPT_REG, 0x00); // all interrupt clear
*/
}
}
}
`
资料包
心率模块资料分享
链接：https://pan.baidu.com/s/129VgzvSngC_rhLgqGAK2vg
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